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桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究

刘孟瀚 范秋雁 李天雨 李武奇 梁家珲 韩进仕

刘孟瀚,范秋雁,李天雨,等.桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究[J].中国岩溶,2022,41(1):59-66. doi: 10.11932/karst2021y12
引用本文: 刘孟瀚,范秋雁,李天雨,等.桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究[J].中国岩溶,2022,41(1):59-66. doi: 10.11932/karst2021y12
LIU Menghan,FAN Qiuyan,LI Tianyu,et al.Experimental study on the effect of the elliptical karst cave in front of the pile on the stability of the fixed end of the sliding pile[J].Carsologica Sinica,2022,41(01):59-66. doi: 10.11932/karst2021y12
Citation: LIU Menghan,FAN Qiuyan,LI Tianyu,et al.Experimental study on the effect of the elliptical karst cave in front of the pile on the stability of the fixed end of the sliding pile[J].Carsologica Sinica,2022,41(01):59-66. doi: 10.11932/karst2021y12

桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究

doi: 10.11932/karst2021y12
基金项目: 

膨胀岩边坡长期稳定特性及治理方法研究 41162012

广西膨胀岩滑坡地质灾害特性与整治技术研究 2010GXNSFA013005

详细信息
    作者简介:

    刘孟瀚(1997-),男,硕士,从事岩溶地区桩基稳定性研究。E-mail:1079968358@qq.com

    通讯作者:

    范秋雁(1961-),男,教授,主要从事防灾减灾及岩溶地质灾害治理等工作。E-mail:qiuyan@gxu.edu.cn

  • 中图分类号: TU473.1

Experimental study on the effect of the elliptical karst cave in front of the pile on the stability of the fixed end of the sliding pile

Funds: 

 41162012

 2010GXNSFA013005

  • 摘要: 随着抗滑桩在工程中的大量运用,岩溶区抗滑桩嵌固端稳定性问题日益突出。当抗滑桩桩前存在溶洞时,溶洞在水平荷载下可能会发生变形,导致抗滑桩嵌固端失去稳定性。本文基于相似模型理论,建立了抗滑桩嵌岩段桩前存在两种不同形状溶洞(长轴方向水平和长轴方向竖直)试验模型。利用水平加载试验,针对椭圆形桩前溶洞对抗滑桩嵌固端的稳定性影响进行了研究,获得以下相关结论:溶洞长轴方向为竖直的试验模型嵌岩体变形分为弹性变形、裂纹稳定扩展及加速扩展三个阶段,加载到破坏荷载时溶洞顶板产生隆起破坏,最终形成的顶板处破坏断面与水平方向成45°左右;桩前溶洞长轴方向为水平的试验模型在达到溶洞长轴方向为竖直的模型破坏荷载增大一级荷载时,嵌固端保持整体稳定;相比于横长轴溶洞,纵长轴溶洞的存在更显著的降低了抗滑桩嵌固端的承载力,且溶洞顶板厚度越小,对抗滑桩嵌固端承载力影响越大,破坏形式为溶洞顶板受压破坏;基于极限平衡法,提出了桩前存在溶洞时嵌固端承载力验算方法,并对验算方法进行了验证。

     

  • a.  纵长轴溶洞模型

    b.  横长轴溶洞模型

    图  2  加载系统图

    Figure  2.  Loading system

    图  3  纵长轴溶洞模型装置实物图

    Figure  3.  Karst cave model with longitudinal long axis

    图  4  横长轴溶洞模型装置实物图

    Figure  4.  Karst cave model with lateral long axis

    图  5  纵长轴溶洞模型测点位置示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of measurement points on karst cave model with longitudinal long axis

    图  6  横长轴溶洞模型测点位置示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of measurement points on karst cave model with lateral long axis

    图  7  模型破坏情况

    Figure  7.  Destruction of the model

    a.  桩水平位移对比

    b.  桩后隆起位移对比

    c.  桩前隆起位移对比

    d.  洞径收敛对比

    图  9  纵长轴溶洞模型嵌固端破坏形式

    Figure  9.  Failure form of the embedded end of karst cave model with longitudinal long axis

    图  10  溶洞顶板受力示意图

    Figure  10.  Schematic diagram of stress of karst cave roof

    图  11  刚性桩变形示意图

    Figure  11.  Schematic diagramof rigid pile deformation

    图  12  桩嵌固端受力示意图

    Figure  12.  Schematic diagram of the force on embedded end of pile

    表  1  两材料物理力学性质与几何参数

    Table  1.   Mechanical properties and geometric parameters of two materials

    几何相似常数30物理相似常数1.3应力或强度相似常数39
    岩土体宽度/m岩土体高度/m岩土体厚度/m抗滑桩桩长/m桩径/m嵌岩深度/m灰岩容重/kNm-3石灰岩抗压强度/MPa抗拉强度/MPa
    原型岩体30.015.018.010.002.004.0027.0070.008.00
    相似材料1.00.50.60.330.0670.1320.771.790.21
    下载: 导出CSV

    表  2  应力分析

    Table  2.   Stress analysis

    工况fc/MPa
    纵长轴溶洞模型计算值1.551
    抗压强度1.790
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-09
  • 刊出日期:  2022-02-25

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    《中国岩溶》编辑部
    2022年4月20日